Molekuláris étrenddel a maximális teljesítmény érdekében
A Biocatalysis Cluster 2021 kutatói baktériumokat vágnak le a biotechnológiai termelés érdekében. Ehhez genetikai étrendet írnak elő a mikroorganizmusok számára.
A baktériumok vágása a biotechnológiai termelésben trükkös vállalkozás. Néha a mikrobák a kívánt enzimet termelik, és néha nem. Ennek a gyakran makacs magatartásnak az oka gyakran rejtve marad a kutató előtt. A Szövetségi Oktatási és Kutatási Minisztérium (BMBF) által támogatott Biocatalysis 2021 klaszter P27 közös projektjében a kutatók egy gazdaságilag nagyon érdekes baktérium termelési viselkedését akarják optimalizálni: ez a Bacillus subtilis, a széna bacillus. A cél az, hogy a baktériumokat olyan fehérjék és enzimek előállítására készítsék elő, amelyeket mind az élelmiszeripar, mind a gyógyszeripar nagyra értékel.
A Biocatalysis 2021 klaszter kutatói, a BMBF BioIndustrie 2021 finanszírozási kezdeményezés négy hálózatának egyike, ipari biotechnológiai projektekkel foglalkoznak. Ez magában foglalja a P27 számú projektet is, amelynek címe: „Új Bacillus Expression Systems”. A BMBF három év alatt összesen 760 000 euróval finanszírozza a projektet.
A széna baktérium molekuláris biológiai megszelídítése
Az enzimek és fehérjék termelésében továbbra is komoly akadályt jelent a megfelelő expressziós rendszerek, például baktériumok vagy élesztők biztosítása. Csak a legjobb termelési törzsek képesek hibátlanul aminosavláncokat előállítani, a megfelelő háromdimenziós struktúrába hajtani és a kívánt fehérjét nagy léptékben előállítani.
„Konzorciumunk a jól jellemezhető vad típusú Bacillus subtilis 6051a baktériumot szeretné modern termelési törzzé alakítani. Ehhez a baktérium felesleges, genetikai előtétjét a hajóra akarjuk dobni - ez csak megakadályozza, hogy a baktérium hatékonyan végezze munkáját. ”- magyarázza Lutz Popper, a P27 projekt koordinátora, a SternEnzym GmbH & Co. KG kutatási és fejlesztési vezetője. A széna baktériumok jó termelési törzsei már léteznek, de nagy vállalatok és vállalatok tulajdonában vannak. A szabadon hozzáférhető laboratóriumi törzsek hátránya, hogy nem alkalmasak nagyüzemi gyártásra. Ennek most meg kellene változnia - a P27 konzorcium munkájának köszönhetően: A greifswaldi Ernst Moritz Arndt Egyetem felelős a molekuláris biológiai részért. A teterowi nemzetközileg aktív Miltenyi Biotech GmbH biztosítja az expressziós rendszereket és gondoskodik az erjesztési technológiáról. A harmadik a csoportban a Stern-Enzym GmbH. Tudósaik tesztelik az előállított enzimek működését az élelmiszer-termelési ágazatban.
A tudományos munka akadályai és sikerei
Thomas Schwered csapatának két kutatója, a Greifswald Egyetem gyógyszerészeti biotechnológia professzora felelős a genetikai optimalizálásért. Eltávolították az összes felesleges genetikai szekvenciát a szénabacillusból, és egyfajta minimális baktériumot alkottak, amelynek csak egy dolgot kellene tennie: a kívánt enzimek szintetizálását ipari felhasználásra. Ez a mikroorganizmus már nem is tud mozogni. Leválasztottad, túl sok felesleges energiába kerül, és nem szükséges a fehérjék termeléséhez. "Természetesen a genetikai anyag eltávolítása nem volt olyan egyszerű, mint amilyennek hangzik" - emlékeztet a koordinátor. "De néhány kudarc után végre be tudtuk bizonyítani koncepciónk megvalósíthatóságát." A termelési törzs optimalizált kialakítása már sikeresen előállított különféle fehérjéket, például egy xilanázt és egy amilázt. A konzorcium a fehérjetermelés fokozását tűzte ki célul. "Jelenleg kisebb, legfeljebb tíz literes fermentorokban dolgozunk, de a nagyobb léptékű termelésnek itt kellene végbemennie az év végéig" - mondja Popper 52 éves élelmiszer-technológus.
A tudósoknak csak van mit rágcsálniuk a sörélesztőből származó szulfhidril-oxidáz nevű enzim előállításával. "Az élesztő végtelenül lusta, amikor ezt az enzimet termeli" - árulja el Popper. Mivel a nemkívánatos anyagcseretermékek hiánya miatt ismert, hogy nagyon biztonságos termelő szervezet, a P27 széna bacillus ideálisnak tűnt, de sajnos ebben a rendszerben kissé makacs is: a fehérje előállt, de nem aktív. A lehetséges okokat jelenleg vizsgálják, de Lutz Popper magabiztos. A P27 csapata is kontroll alatt fogja tartani ezt a problémát.
A gazdasági használat hosszú és sziklás útja
A P27 projektpartnereinek sikerült olyan mikrobát tervezni, amely stabil, a nyersanyagokat egyenletesen alakítja át a kívánt anyaggá, és energiatakarékosságát is nagyon takarékosan használja fel: A szintetizált fehérjék némelyikének kereskedelmi felhasználását a projektpartnerek, a Stern-Enzym GmbH és a Miltenyi végzik. amelynek célja a szabadalmazás is. A tervek szerint ezt az optimalizált törzset más, mindenféle enzim előállítására is felhasználják.